研究发现：火山停止喷发或致地球变成大雪球
作者：秋凌 来源：新浪科技 发布时间：2009-5-12 10:13:12
火山停止喷发或将导致地球变成大雪球
还可能导致大气中的氧气量增加
5月12日消息，据《新科学家》杂志报道，被认为发生在2.5亿年前的地球火山停止喷发可能导致地球变成了一个由冰河覆盖的的大雪球。它还可能导致大气中的氧气量增加。
之前的研究显示，可追溯到24.5亿年到22亿年前的火山材料少之又很少，但是，随着更多样本的年代被确定，专家们普遍认为，这一时间缺口就自然消失。现在，一份来自全球数千份锆石材料的分析报告显示，这个缺口可能很难弥合。
锆石形成的年代能通过它们含有的放射性同位素得以计算，所以锆石可显示火山过去活性的记录。负责这项研究的索科洛市新墨西哥理工大学的肯特·康迪称，本来想用来填补这个缺口的世界各地那么多的样本最后都没有派上用场，这说明这个时期地球上的火山活跃程度降低。他说：“火山作用没有关闭，但是，它变得越来越小。”
康迪称，这种停滞现象可能与构造板块运动的中断有关，构造板块是造成大多数地球火山活性的主要因素。电脑模拟显示，在地球早期，这种活动(现在发生频繁)是间歇性的，当时，地球内部更热，粘性更小，因此牵引板块的能力也较低。
这种停滞可能是造成24亿年前到23亿年前的“冰雪地球”一个重要因素。因为火山不再喷出新的二氧化碳，大气浓度就会降低，全球会变冷。这种停滞还可能是大约24亿年前发生的著名的大气中氧气增多的原因。在这一停滞之前，海洋微生物产生的氧气与大洋中的铁反应得以消耗。因为没有新的火山材料补充铁，所以大气中的氧气就会增多。其结果可能导致大气中的一种温室气体二氧化碳减少，地球变冷。
甲烷被认为在地球早期相对丰富，曾一度帮助保持地球温暖——那时太阳比现在暗淡一些。但是，这一好处也被大气中增多的氧气逐渐抵消。洛杉矶加州大学的马克·哈里森称，火山活性停滞的说法似是而非，他同意它可能会对气候产生重要的影响。他说：“虽然这一说法饶有兴趣，但是，它很难找到确凿的证据。”哈里森警告说，这种停滞可能只是一时兴起的错觉，因为这时期的火山材料没有被很好地保存下来。
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《科学》：氧气起源纷争再起
新研究对氧气出现在地球的时间提出了质疑
作者：群芳 来源：科学时报 www.sciencenet.cn 发布时间：2009-4-21 8:28:18
新的研究对氧气何时出现在早期的地球提出了质疑。
地球上最早的生命并不需要“呼吸”氧气，但是大气中如果没有能够自由呼吸的氧气，早期生命除了绿藻也就剩不下什么了。传统观点认为，通过光合作用产生的氧气大约于距今24亿年前在地球上站稳了脚跟，这几乎占这颗星球历史的一半时间。然而新的实验室研究结果却对这一“大氧化事件”的姗姗来迟提出了挑战。
一直有研究人员相信，氧气在30亿年前便已出现在地球上，但是2000年，美国学院公园市马里兰大学的地质化学家James Farquhar发明了一种与硫同位素有关的非常棒的技术，将这一大氧化事件的发生年代定格在距今24亿年前。在一个化学反应中，相同元素的不同同位素的比例会发生变化。通常情况下，这些变化依赖于同位素的质量。然而Farquhar发现，在距今24亿年前，3种硫同位素之间的同位素变化却不依赖于同位素的质量。就像人们所知道的那样，这种非质量分馏（MIF）只有在无氧大气中进行太阳紫外辐射时才能够实现，同时MIF硫在距今24亿年之后便消失不见了。
然而理论学家最近提出了另一种可能的解释——MIF硫还可能存在于炙热的固体蛋白质中。在一项新研究中，美国大学公园城宾夕法尼亚州立大学的地质化学家Hiroshi Ohmoto和Yumiko Watanabe尝试着调查了这种可能性。他们和Farquhar——主要负责完成关键的同位素分析工作——报告说，在模拟地球早期更为猛烈的温泉条件下，两种氨基酸能够非常少量地产生MIF现象。研究人员在4月17日出版的美国《科学》杂志上报告了这一研究成果。
这篇论文在一段措辞谨慎的结论中提出，新发现的反应模式又重开了地球早期氧化的时间问题。如果无氧大气并非MIF硫的唯一来源，那么氧气很可能在MIF信号消失之前便已存在于地球的大气中。Ohmoto强调：“这至少是一种我们应该加以考虑的可能性。”就个人而言，他说，“我认为我们取得的这些发现符合了我多年前说过的话”，即氧气的出现要比人们的估算提前了数亿年的时间。另一方面，Farquhar依然认为，MIF信号的消失“更有可能”标志着大气中的氧气出现的最早时间。
其他许多专家则倾向于支持Farquhar，他们指出，实验室的研究结果太小了——仅仅占在地质记录中发现的MIF总量的10%，并且对于温泉反应为何在距今24亿年前突然中断也缺乏一个令人信服的解释。美国剑桥市麻省理工学院的地质化学家Shuhei Ono指出：“我认为这一时间（距今24亿年前）依然很有可能是大气中的氧气的起源时间，因此当前有关早期无氧大气的概念依然站得住脚。”
（群芳 译自www.science.com，4月20日）
《科学时报》 (2009-4-21 A4 国际)
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《科学》发表论文摘要（英文）
相关论文发表于《自然》
据英国《独立报》报道，引起大气中氧含量增加的“大氧化事件”是地球大气层发生的最重大的一次改变，它使我们现在能够呼吸到赋予生命的氧气。现在加拿大科学家揭开了早期大气里的氧气为什么会突然增多之谜。
如果没有氧气，地球上就不会有我们现在已知的生命存在。它所提供的超级动力空气，促使地球上的生物多样性迅速增加，使大到恐龙和小到最小的虾等体积各异的动物出现。空气中大约21%都是氧气。氧气是活有机体通过有氧呼吸，把食物转变成能量的最佳方式。然而，大气并非一直都含有丰富的氧气，而且好多代科学家一直都无法解释氧气产生的原因。
最近加拿大埃德蒙顿阿尔伯塔大学的库尔特•康豪瑟尔领导的一个科研组通过研究，指出在27亿年前地球上出现单细胞生物的时候，早期大气里的氧气为什么会突然增多。他们认为那时“大氧化事件”已经开始，破坏氧气的微生物统统死光，这为产生氧气的微生物生存提供更大优势。被称作镍的一种微量金属数量下降，导致“大氧化事件”发生，这促使地球上的氧气迅速增多，生命慢慢形成。
镍在大气氧气积聚过程中所起的重要作用是个新发现。如果康豪瑟尔教授和他的同事的结论是正确的，那么这项发现不仅能解释生命出现爆发式进化的原因，而且还能解释为什么地球是圆的，因为氧气的腐蚀作用对侵蚀岩石，形成河流和雕刻海岸线至关重要。华盛顿卡内基研究所的多米尼克•帕皮诺说：“‘大氧化事件’彻底改变了地表环境，最终使高级生命诞生。这是地球生命进化的一个重要转折点，我们正在了解这种事情是如何发生的。”
氧是一种活性很强的分子，如果不是一直有氧生成，它很快就会从地球上消失。现在主要依靠植物进行光合作用，氧气才能在大气中不断积聚。光合作用把阳光转变成化学能和氧气。据悉，在25亿年前出现“大氧化事件”时，第一种光合微生物“蓝绿”藻或者称蓝细菌(Cyanobacteria) 大约已经进化了3亿年。但是它们生成的氧气很快就被数量更多的产甲烷细菌生成的甲烷破坏掉了。产甲烷细菌不需要氧气，它们可通过无氧呼吸继续生存下去。
产生甲烷细菌现在仍生活在多水、缺氧的沼泽和湿地等环境中，镍是确保它们继续生存下去的重要元素。如果缺少镍，对这些产甲烷细菌至关重要的酶就会遭到致命破坏。这些科学家发现，通过分析水成岩，可以检测到38亿年前早期地球上的海洋里的镍含量。他们发现，27亿年前到25亿年前，即“大氧化事件”开始的时候，镍的数量出现急剧下降。帕皮诺说：“两个时间段非常吻合。镍的下降为‘大氧化事件’打好了坚实基础。通过我们对产甲烷生物的了解可知，镍含量下降有效降低了甲烷生成。以前没有人考虑过地球上的氧气增多与镍之间的联系。但是我们的研究说明，这个联系可能对地球环境和生命史产生了巨大影响。”
康豪瑟尔表示，这项发表在4月9日《自然》杂志上的研究支持了以下观点：产甲烷细菌在数亿年间，一直阻止氧气在早期地球大气里积聚。科学家认为，这个时期地壳降温导致镍水平下降，地壳降温意味着有更少镍通过火山爆发的形式进入海洋。康豪瑟尔说：“我们对层状铁矿地层里的岩石所含的镍进行研究，发现在大约25亿年前，这种物质的量仅为以前的一半。不过我们要解决的问题是，镍水平降低会让产甲烷细菌出现什么反应。我们认为这些微生物都死光了。”虽然“大氧化事件”没像现在这样，使氧气水平突然上升，但是它确实使地球大气里的氧气显著增加，而且这种趋势一直在持续，从没被逆转过。
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